第12章-波动光学427.pptVIP

第十二章 波动光学 ▲量子光学：以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律。 §12-1 光的本性 光的相干性 2 激光光源：受激辐射 受激辐射的过程大致如下：原子开始处于高能级E2，当一个外来光子所带的能量 正好为某一对能级之差E2-E1，则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。 4.明纹中心 屏上加强点 （6）杨氏实验的光强分布 §12-3 薄膜干涉 §12-4 光的衍射 半波带法 单缝衍射的光强 结论 5 明纹宽度 8 缝宽变化对条纹的影响 5.光学仪器的分辨率 暗纹条件： 讨论 2 缺级现象 3.衍射光谱 ? /a - ? /a 2 ? /a -2 ? /a sin? 0.047 0.017 1 0 相对光强曲线 0.047 0.017 I / I0 从中央往外各次极大的光强依次为: I0 , 0.0472I0 , 0.0165I0 , 0.0083I0 , … ∴ I次极大 I主极大 注:上述式子与杨氏双缝干涉的条件在形式上正好相反，切勿混淆。 1 单缝衍射是明暗相间的条纹. 2 在中央明纹两侧,对称分布其它各级 k 明纹,其亮度随 k 增大而下降. 3 暗纹条件: 明纹中心条件: 中央明纹中心: 4 明纹角宽度：相邻暗纹对透镜中心所张开的角度 在? 角很小时， 由暗条纹条件 所以，角宽度： 中央主最大的角宽度： λ I 0 x1 透镜 f ?1 中央明纹宽度为其它明纹的两倍 6 设透镜的焦距为f , 则k级条纹位置： x θk f ⊙第一暗纹位置 ⊙中央明纹宽度 ⊙其它明纹宽度 λ l I 0 x1 x2 衍射屏 透镜 观测屏 f ?1 l0 若用白光照射, O点为白光,其它各级为彩色条纹,紫光靠内，红光靠外。 7 波长对条纹宽度的影响 波长越长，条纹宽度越宽 中央明条纹的半角宽度： ?? 的大小反映了衍射效应的大小。 如图，当缝宽 b 增大，?? 就减小; 故要使衍射现象明显,则 b~ λ . ∴几何光学是波动光学在λ/b→0时的极限情形 例9 如图，已知：狭缝宽为b 0.25mm，透镜焦距 f 25cm , 屏上中央到第三级暗纹距离为1.5mm，求波长。 代入上式，得 五 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 爱里斑：圆孔衍射的中央亮斑，其上集中了全部衍射光能的84%。爱里斑反映了衍射的弥散程度。 1、现象：原来几何光学的“像点”变成一个圆的亮斑，并且周围还出现了许多明暗相间的同心圆环，这就是夫琅和费圆孔衍射。 2、艾里斑的半角宽度： D 3、线半径： 不能分辨 能分辨 4、 与夫浪和费单缝衍射的半角宽度比较 除反映几何形状不同的因素“1.22”外,在定性上是一致的。 即：由?/D反映衍射现象的程度，当?/D 1时，衍射现象可忽略。这时，光按几何光学的规律传播；反之，波长愈大或圆孔孔径D愈小，衍射现象愈显著。 物点 ? 象斑 物 物点集合 ? 象 象斑集合 经透镜 几何光学 : 波动光学 : 1.几何光学与波动光学的区别 物点 ? 象点 物 物点集合 ? 象 象点集合 经透镜 不考虑艾里斑 考虑艾里斑 2.光学仪器的透镜相当于一个圆孔. 3. 用波动的观点讨论物点的成象. 每一物点成象都有一个艾里斑 θ 当两物点靠得很近时，两个衍射斑会相互重叠就可能难以分辨究竟是一个点还是两个点。 什么情况下刚好能分辨两个像点？ 5、光学仪器的分辨本领 瑞利认为：对于两个等光强的非相干物点,如果一个爱里斑中心正好落在另一个爱里斑边缘上，叠加后中心的光强为爱里斑中心光强的74%，刚好能分辨。如果进一步重叠，从光强分布看，不能分辨。 瑞利判据 分辨限角 ： 分辨本领： θ0 ? 显微镜： 望远镜： λ不可选择,可使D↑ → R↑ D不会很大,可使λ↓ → R↑ 一般天文望远镜采用直径很大的透镜. 例10. 在通常亮度下，人眼的瞳孔直径为3 mm，问：人眼分辨限角为多少？（? 550 nm ）。如果窗纱上两根细丝之间的距离为2.0 mm，问：人在多远恰能分辨。 解： s 六 平面衍射光栅 1、光栅：由大量等宽，等间距的平行狭缝所组成的光学元件。 d 反射光栅 d 透射光栅 b是透光（或反光）部分的宽度 d b+b’ ? 光栅常数 b’ 是不透光 或不反光 部分的宽度 2. 光栅常数 3. 种类： b 10-3-10-2 mm 10cm宽的光栅总刻痕数 ： N 104~105 2、光强分布 1 先设想将衍射屏上的各缝除任意一条之外都遮住，这时接收屏上呈现的是单缝衍射花样。 ? 分析： 若让 N 条缝轮流开放，幕上获得的花样是完全一样的。 思路：先计算狭缝的